[发明专利]一种静态指向式液压旋转导向工具

说明书

本发明涉及一种静态指向式液压旋转导向工具，该工具由涡轮马达总成、导向机构、扭矩传递机构三大部分组成，其技术方案为：圆周上均匀分布六个耐高温耐压力活塞，控制时，相连三个活塞油液推进来，对面三个活塞油液拉回去，使芯轴在活塞的作用下向某一个方向偏移，使下部钻头在控制之下能够精确导向，往目标位置钻进。在径向上排列9排活塞，一共54个活塞，提供足够的力使芯轴产生偏移。活塞达到极限位置时，偏转点与偏转中心所形成的水平夹角为1.16°。为保证活塞的稳定运行，在活塞上部呈60°均匀分布着6个直流伺服电机，每个伺服电机下接一个梅花联轴器。联轴器下方接一个丝杆，丝杆将伺服电机产生的旋转运动改为径向运动。

技术领域

本发明涉及一种静态指向式液压旋转导向工具，该工具由涡轮马达总成、导向机构、扭矩传递机构三大组成部分，是一种完整的新型旋转导向工具，用于井下精确控制导向角度。

背景技术

油气田开发经历了垂直井到丛式井、水平井的发展。究其原因，随着开发程度的加深，开发的难度越来越大。相比其他新型钻井技术，垂直井开发,经济效益较差。自油气田采用丛式水平井开发模式,大大提高勘探开发的经济性,同时减小了对环境的影响。提高水平井钻井效率和井眼轨迹控制精度是保证油气田高效开发的基础，但传统旋转导向工具造斜能力偏低、成本高,不能满足当前页岩气水平井高效开发的需要。因此研究新型旋转导向工具符合当前及未来的发展需求。

发明内容

为解决背景技术中所述的传统旋转导向工具造斜能力偏低、成本高，效率低下，造斜不能精确控制等问题，提高水平井钻井效率和井眼轨迹控制精度，本发明提供了一种一种静态指向式液压旋转导向工具。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：导向机构在一个圆周上呈60°均匀分布的六个耐高温耐压力活塞，当控制之时，相连三个活塞油液推进来，对面三个活塞油液拉回去，使芯轴在活塞的作用下，能够精确向某一个方向偏移，并且偏移的量做到了精确，使下部钻头在控制之下能够精确导向，往目标位置钻进。为了保证活塞能够提供足够的力，在径向上一共排列了9排活塞，一共54个活塞，在控制之下，能够提供足够的力来使芯轴产生偏移。当活塞达到极限位置时，偏转点与偏转中心所形成的水平夹角为1.16°。为了保证活塞的稳定运行，在活塞的上部一个圆周上呈60°均匀分布着6个小尺寸，大功率的直流伺服电机，每个伺服电机下接一个梅花联轴器，以减轻直流伺服电机启动时瞬时扭矩带来的杆件冲击。联轴器下方接一个直径8mm的丝杆，丝杆将伺服电机产生的旋转运动改为径向运动。丝杆带动副活塞在腔体内部做推拉往复运动，把液压油推进主活塞缸内，或将主活塞缸里面的液压油拉回副活塞空腔内。为了保证近钻头所有的参数按照计划产生，在直流伺服电机上部环空区域内部安装有近钻头伽马检测器、近钻头斜度检测器、角速度量检测器、加速度量校测器以及位移量检测机构，并且在此处安装有脉冲信号发生器，所有井下检测到的数据，通过它传递给上端钻井监测小组，而监测小组收集信号以后，根据实时数据，再把需要调整的数据通过脉冲信号发送到井底，控制检测组内部的芯片收到指令后，立刻作出调整，控制伺服电机转动。为了稳定为控制检测组、伺服电机提供动力，在控制检测组上方环空区域安装有高性能锂电池组，源源不断为芯片、检测器以及伺服电机提供稳定的电力来源。以此，能够实现旋转导向的基本功能。

本发明的有益效果是：(1)旋转导向工具在一个圆周上呈60°均匀分布的六个耐高温耐压力活塞，当控制之时，相连三个活塞油液推进来，对面三个活塞油液拉回去，使芯轴在活塞的作用下，能够精确向某一个方向偏移，并且偏移的量做到了精确，使下部钻头在控制之下能够精确导向，往目标位置钻进；(2)整个涡轮马达安装在不旋转外套内部，涡轮定子安装在不旋转外套内壁，转子通过传动键与涡轮传动轴相连，传动轴上端通过固定盘、防掉夹具、防掉帽与不旋转外套相连，下端通过锥形螺纹与集液器相连；(3)当芯轴在导向机构作用下弯曲时以钢球作为接触点，将扭矩传递到钻头上。钢球放在芯轴凹槽处，外接一个球套，钢球在凹槽与球套所形成的空间内部，在传递扭矩时旋转，达到扭矩传递的作用；(4)在控制系统的精确控制之下，导向系统可以带动往任意方向变向，最大变向角度为1.16°，此时一端主活塞达到最大伸缩量，另一端达到最大压缩量。